繪圖套件 TikZ 和 PGF

說到 TikZ 和 PGF 這二個繪圖套件，它們的作者就是開發 beamer 的那位 Till Tantau。剛接觸 beamer 的時候，稍微有瞄了一下覺得 PGF 是一個蠻不錯的繪圖工具，語法比原先 LeTeX 內建的環境 picture 要來得豐富許多。而且還有一個原因 PGF 是專為 beamer 設計的。只是對我來說一直沒有繪圖上的需求，所以就不太注意。後來大約在 2005 年左右， Tantau 推出一個進階的版本，那就是 TikZ。看了一下使用手冊，覺得不錯就將它印出來。那時就告訴自己說：如果將來有機會一定要使用 TikZ 這個套件來繪圖。

最近在整理微積分的筆記，需要大量的圖形。於是就趁這個機會學一下 TikZ 的語法。將心得整理一下。首先，我們要先了解座標的表示方法，有直角座標表示法和極座標表示法。沒錯，TikZ 支援這二種座標表示法。直角座標表示

(x,y)

極座標表示

(角度:半徑)

注意，直角座標表示法長度單位可加也可不加，但要加就二個位置都要加，不加的話二個位置都不要加(不加的時候，預設值為公分)。而極座標表示時，半徑的單位一定要加。所以正確的表示法如下：

(1,5), (1cm,5cm), (1mm, 5pt), (30:1cm)

接下來畫直線(從 (0,0) 到 (2,5) 的直線)

\begin{tikzpicture}
  \draw (0,0) -- (2,5);
\end{tikzpicture}

最讓我覺得神奇的地方，是座標還有另一種表示法，那就是取二條直線的交點。例如

(intersection of 0,0--30:1cm and 1,0--1,1)

你會發現這不是線段的交集，而是取直線的交集。接著是畫圓形

\draw 圓心 circle (半徑);

同樣，半徑要有長度單位。畫弧形

\draw 起點 arc 終點;

畫格線(預設每一公分畫一條水平線和垂直線)

\draw 左下點 grid 右上點;

也可以改變成每 0.5 公分畫一條水平線和垂直線

\draw[step=0.5cm] (-1.4,-1.4) grid (1.4,1.4);

最後，TikZ 還能夠畫函數的圖形。例如

\begin{tikzpicture}[domain=0:4]
  \draw plot[id=x] function{x};
\end{tikzpicture}

說明一下，每一個函數要有唯一的 id。這個指令會呼叫外部程式 GNUPLOT， id 是用來存檔案用的。如果你的檔案為 test.tex，那麼函數的部分將會存在 test.x.gnuplot 這個檔案，再使用 GNUPLOT 執行。將結果存為 test.x.table 這個檔案。然後再匯入資料。

一般， TeX 系統會關閉執行外部程式的功能，所以只會產生 test.x.gnuplot 這個檔案，而不會產生 test.x.table。可以下選項

--shell-escape 或 --enable-write18

例如

pdflatex --shell-escape test.tex

當然也可更改 texmf.cnf 的設定，將

shell-escape=f

改為

shell-escape=t

就不用使用額外的選項了。